数电04(半导体、二极管)讲述.ppt

北京奥运会 梦幻五环 3.1 半导体的基本知识 二、本征半导体、空穴及其导电作用 2) 共价键 3) 空穴及其导电作用 空穴的运动 三、杂质半导体 1) P型半导体 2) N型半导体 3) 杂质对半导体导电性的影响 3.2 PN结和半导体二极管 PN结形成物理过程 PN结形成物理过程 2. PN 结的单向导电性 (2) PN 结加反向电压(反偏) (3)PN结V- I 特性表达式 二、半导体二极管 2. 二极管的伏安特性 (2)反向特性 3. 二极管的主要参数 4.补充几个概念 (3)关于优先导通 5.二极管应用举例 三、特殊二极管 3. 稳压二极管 (1)整流(半波、全波) → 利用D的单向导电性 半波导通 t V Vi VO Vi Vo (2)限幅(削波) 单向削波 t V (3)低压稳压 VD=Vth Vo (4)开关作用 D导通:开关闭和 D截止:开关断开 1. 光电二极管 2. 发光二极管 其PN结通过管壳上的玻璃窗口接受光照。在反偏状态下运行，反向电流随光照强度的增加而上升，与照度成正比。 可用来进行光的测量，是将光信号转换为电信号的常用器件。 此管通过电流时将发出光来，是电子与空穴直接复合而放出能量的结果。使用的材料不同，光的波长不同，从而颜色也不同。 常作显示器件。也可将电信号转换为光信号，之后经光缆传输，再通过光电二极管再现电信号，实现电信号的传输。 * 问：梦幻五环由什么材料构成？ 问：半导体材料为什么会发光？ 答：发光二极管(LED)构成，属于半导体材料。 答：通电后，半导体中的空穴与电子复合，释放能量，从而发光。 3.1 半导体的基本知识 3.3 二极管 3.4 二极管的基本电路及其分析方法 3.5 特殊二极管 3.2 PN结的形成及特性 3.二极管及其基本电路 一、半导体的特性 根据物体导电能力(电阻率)的不同，分为导体、绝缘体和半导体。 典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。 1. 光敏、热敏特性 2. 掺杂特性 当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。如光敏电阻,热敏电阻 往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。 1. 结构：以Si,Ge为例 本征半导体——化学成分纯净、结构完整的半导体。物理结构上呈单晶体形态。 硅和锗是四价元素，在原子最外层轨道上的四个电子称为价电子 Si Ge 共价键结构平面示意图 共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。 在硅和锗晶体中，原子按四角形组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价电子。 这一现象称为本征激发，也称热激发 自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现一个空位，称这个空位为空穴。 空穴的出现是半导体区别于导体的重要标志！ 当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为自由电子。 束缚电子从 视为空穴从 显然，因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电子空穴对。 半导体中出现两种载流子 自由电子 空穴 电量相等，极性相反 因共价键中出现空穴，在外加电场的作用下邻近束缚电子就会填补到这个空位上，而在这个束缚电子原来位置又会出现新的空穴，以后其他束缚电子又可转移到这，这样就在共价键中出现一定的电荷迁移。 在本征半导体中掺入微量的某种元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。 N型(电子)半导体——掺入五价杂质元素(如磷) P型(空穴)半导体——掺入三价杂质元素(如硼) 因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。 在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成；自由电子是少数载流子， 由热激发形成。P为Positive的字头。 空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。因而三价杂质也称为受主杂质。 五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而容易形成自由电子。 在N型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子, 由本征激发形成。N为Negative的字头。 提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子，故称为施主杂质。 掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响，一些典型的数据如下: T=300 K室温下,本征Si的电子和空穴浓度: